电机第4章-三相异步电动机的特性与应用课件.ppt

1、第4章三相异步电动机的特性与应用第4章三相异步电动机的特性与应用4.1三相异步电动机的机械特性和工作特性4.1.1固有机械特性1.电磁转矩T T=CTmI2cos2(4 1)2.固有机械特性曲线三相异步电动机的固有机械特性曲线如图4-1所示。(1)起动转矩Tst和起动转矩倍数st。st=(4 4)图4-1三相异步电动机的固有机械特性曲线图4-2三相异步电动机起动特性曲线第4章三相异步电动机的特性与应用(2)最大转矩Tm和过载能力m。m=(4 5)(3)额定状态和同步运行。(4)电动机的稳定运行区。第4章三相异步电动机的特性与应用4.1.2人为机械特性电动机的机械特性与电动机参数、外加电源电压、

2、频率有关，因此人为地改变这些参数而获得的机械特性称为异步电动机的人为机械特性。在机电传动系统中，人们可以通过合理地利用人为机械特性对异步电动机进行控制。1.降低电源电压时的人为机械特性电磁转矩T与电源电压U1的关系是TU2。2.定子回路串入电阻或电抗时的人为机械特性在电动机定子回路中外串电阻或电抗后，电动机端电压为电源电压减去所串电阻或电抗上的压降，因此，定子绕组相电压降低，这种情况下的人为机械特性与降低电源电压时的相似，如图4-4所示。第4章三相异步电动机的特性与应用图4-3电源电压对机械特性的影响图4-4定子回路串入电阻或电抗时的人为机械特性3.转子回路中总电阻R2对电动机机械特性的影响改

3、变转子回路中总电阻R2的值，不会改变最大转矩和同步转速，但改变了临界转差率的值。第4章三相异步电动机的特性与应用4.1.3三相异步电动机的工作特性图4-5转子回路串入电阻时的人为机械特性a)接线图b)特性曲线图4-6三相异步电动机的工作特性曲线第4章三相异步电动机的特性与应用(1)三相异步电动机的转速n在电动机正常运行范围内随负载P2的变化不大。(2)随着负载的增加，转速下降，转子电流增大，定子电流也随着增大，定子电流几乎随着P2按比例增加。(3)三相异步电动机在空载时功率因数很低，随着负载P2增加，cos1增加较快，通常在额定负载PN时达到最大值。(4)电动机在正常运行范围内，转速变化不大，

4、近似为直线，故T=f(P2)也近似为一条直线。(5)电动机的效率随着负载P2的增加而增加，开始时增加较快，通常也在额定负载时达到最大值，此后随P2的增加效率反而略有下降。第4章三相异步电动机的特性与应用4.2三相异步电动机的起动4.2.1三相笼型异步电动机的起动1.全压起动在三相笼型异步电动机起动时，加在电动机定子绕组上的电压为电动机的额定电压的起动方式，称为全压起动，也称直接起动，这是最简单的起动方法。(1)电源容量小，频繁起动。(2)负载的惯性较大时，急速发热可造成损伤。(3)过高的起动转矩可能对负载造成冲击。一般规定，三相异步电动机的额定功率小于75kW时允许直接起动；如果电动机功率大于

5、75kW，而电源总容量也较大，且符合式(4 6)，电动机也允许全压起动。第4章三相异步电动机的特性与应用2.减压起动凡不满足直接起动条件的，均采用减压起动。(1)-减压起动。由图4 8所示的电路图可知，三相绕组作联结时，加在每相绕组上的电压为三相绕组作联结时的1/倍。由于转矩与电压平方成正比，故联结时的转矩为联结时的1/3，而相电流也降低到联结时的1/，故联结时绕组的线电流是联结时的1/3。即 减压起动时的起动电流Ist、起动转矩Tst分别为直接起动时的1/3。第4章三相异步电动机的特性与应用(2)自耦变压器减压起动。图4-7-减压起动的接线原理图图4-8-联结电路图a)联结b)联结第4章三相

6、异步电动机的特性与应用图4-9自耦变压器减压起动接线原理图图4-10自耦变压器减压起动时一相等效电路图第4章三相异步电动机的特性与应用图4-11串电阻减压起动接线原理图(3)串电阻(电抗)减压起动。若此时电压降为k倍，则起动电流为直接起动时的k倍，起动转矩为直接起动时的k2倍。也就是说，这种起动方法与 减压起动、自耦变压器减压起动相比，起动转矩减少较大，而起动电流的减少较小，因此只适用于空载或轻载起动的场合。第4章三相异步电动机的特性与应用3.选择特殊三相笼型异步电动机(1)深槽式三相笼型异步电动机。随着转速升高至起动结束，转子频率逐渐降低，集肤效应对电流的影响逐渐降低，各并联小导条的漏电抗也

7、逐渐降低至小于其电阻值，这时电流分配主要取决于各并联小导条电阻的大小，转子电流逐渐均匀地分布在转子导条的整个截面上，转子电阻恢复到正常值。第4章三相异步电动机的特性与应用(2)三相双笼型异步电动机。起动时，转子电流频率较高，两笼的漏电抗都较大，转子电流主要决定于漏电抗的大小。由于下笼电抗大，上笼电抗小，转子电流大部分流过上笼，使上笼起主要作用。同时上笼电阻大，在增大起动转矩同时，可以减小起动电流。图4-12深槽式笼型转子导条的集肤效应a)槽漏磁b)电流密度分布c)导条的有效截面图4-13双笼型转子的槽形第4章三相异步电动机的特性与应用4.2.2三相绕线转子异步电动机的起动1.转子串电阻起动起动

8、时，在转子电路串联起动电阻器，借以提高起动转矩，同时因转子电阻增大也限制了起动电流。如图4 14所示，在三相绕线转子异步电动机的转子电路中串入一组可以均匀调节的变阻器，即起动变阻器。图4-14转子串电阻起动接线原理图1电刷2集电环3起动电阻图4-15转子串电阻有级起动接线原理图第4章三相异步电动机的特性与应用图4-16转子串电阻的起动特性曲线第4章三相异步电动机的特性与应用2.转子串频敏变阻器起动频敏变阻器外形结构如图4-17a所示，它是一种有独特结构的无触点元件，其结构与三相电抗器相似，即由三个铁心和三个绕组组成，三个绕组接成星形联结，并通过滑环和电刷与绕线异步电动机的三相转子绕组相连，如图

9、4-17b所示。图4-17串频敏变阻器起动a)外形结构b)起动电路第4章三相异步电动机的特性与应用实训三相异步电动机起动电流的测量1.两相测量法人为去掉一相电源，将电动机改为两相电源接线。Ist=Ist=0866Ist2.改变接线测量法对于三角形()联结的电动机，可先将其改接成星形()联结后，再采用上述的方法进行测量。Ist=Ist=0289Ist3.自耦变压器降压法将减压起动用的自耦变压器，改变接头。图4-18改换自耦变压器两端接头的接线图a)2、4、6星形联结，1、3、5接电源b)1、3、5星形联结，2、4、6接电源第4章三相异步电动机的特性与应用4.3三相异步电动机的反转和制动4.3.1

10、三相异步电动机的反转图4-19正反转接线图第4章三相异步电动机的特性与应用4.3.2三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动方法有下列两类：机械制动和电气制动。机械制动是利用机械装置使电动机从电源切断后迅速停转。它的结构有好几种形式，应用较普遍的是电磁抱闸，主要用于起重机械上吊重物时使重物能迅速而又准确地停留在某一位置上。1.能耗制动在断开电动机三相电源的同时接通直流电源，此时直流电流流入定子的两相绕组，产生恒定磁场。图4-20能耗制动的整个过程图4-21能耗制动机械特性曲线第4章三相异步电动机的特性与应用能耗制动机械特性曲线如图4 21所示。制动时系统运行点从点a移至特性曲线1的，在制动转矩

11、和负载转矩的共同作用下，电动机沿曲线1迅速减速，直到n=0。当时，T=0，所以能耗制动能准确停车。不过当电动机停止后，不应再接通直流电源，否则将会烧坏定子绕组。另外制动的后阶段，随着转速的降低，能耗制动转矩也很快减小，所以制动比较平稳，但制动效果则比反接制动差。图4-22能耗制动时定子三相绕组常用的几种接线方法第4章三相异步电动机的特性与应用2.反接制动反接制动有电源反接制动(两相反接)和倒拉反接制动(转速反接)两种。(1)电源反接制动接线如图4-23所示。电源反接制动时，电动机从电动状态下的特性曲线1变成第象限的曲线2，如图4 24所示。图4-23电源反接制动接线图4-24电源反接制动机械特

12、性曲线第4章三相异步电动机的特性与应用图4-25倒拉反接制动接线(2)倒拉反接制动接线如图4-25所示。图4-26倒拉反接制动特性第4章三相异步电动机的特性与应用3.回馈制动若异步电动机在电动状态下运行时，由于某种原因,使电动机的转速n超过了旋转磁场的同步转速n1(s0)，此时电动机变成一台与电网并联的发电机，将机械能转变成电能反送回电网，这种制动方式称为回馈制动。图4-27起重机械下放重物时的回馈制动第4章三相异步电动机的特性与应用图4-28变极或变频调速时的反馈制动特性曲线第4章三相异步电动机的特性与应用4.4三相异步电动机的调速由前面提到的公式可得异步电动机的转速为(1)变极调速：改变定

13、子绕组的磁极对数p来改变电动机同步转速n1进行调速。(2)变频调速：改变异步电动机定子电源频率f1来改变同步转速n1进行调速。(3)变转差率调速：保持电动机同步转速n1不变，改变转差率s来进行调速，包括降低定子电压、在绕线转子异步电动机转子电路中串入电阻等方法调速。第4章三相异步电动机的特性与应用4.4.1变极调速1.变极调速原理改变极对数调速，通常用改变定子绕组接线的方式来实现，这样的三相异步电动机称为多速异步电动机。图4-29变极调速电动机绕组展开示意图a)顺串2p=4b)反串2p=2c)反并2p=2第4章三相异步电动机的特性与应用图4-304/6极反向变极原理示意图a)4极b)6极第4章

14、三相异步电动机的特性与应用2.变极接线方式图4-31所示为双速异步电动机常用的两种接线方式，变极后每相绕组的两组线圈为反向并联，极数减少一半。3.变极调速时的允许输出设变极前后电源线电压UN不变，通过线圈的电流IN不变(即保持导体电流密度不变)，变极前后效率和功率因数cos近似不变。(1)/变极调速。联结时：=3IN=UNIN图4-31双速异步电动机常用的两种接线方式a)/变极b)/变极第4章三相异步电动机的特性与应用(2)/变极调速。这种调速输出功率之比为4.变极调速时的机械特性由联结改成联结时，两个半相绕组由一路串联改为两路并联，所以联结时的阻抗为联结时的1/4。图4-32变极调速时的机械

15、特性曲线a)/变换时的机械特性曲线b)/变换时的机械特性曲线第4章三相异步电动机的特性与应用5.变极调速的应用一台多速电动机选择哪种接线方式，不仅要考虑转速(极数)的改变，还要考虑以下两点。(1)电动机转速改变前后的性能要求。(2)电动机转速改变前后的转向。第4章三相异步电动机的特性与应用4.4.2变转差率调速图4-33转子回路串电阻调速的机械特性曲线第4章三相异步电动机的特性与应用1.转子回路串电阻调速此法只适用于绕线转子异步电动机，其机械特性曲线如图所示。2.调定子电压调速此法用于笼型异步电动机，改变定子电压调速机械特性曲线如图4-34所示。图4-34改变定子电压调速的机械特性曲线第4章三

16、相异步电动机的特性与应用异步电动机的调压调速通常应用在专门设计的、具有较大转子电阻的高转差率笼型异步电动机上，这种电动机调压调速的机械特性曲线如图4 35所示。由图可见，对恒转矩负载，改变电压也能获得较宽的调速范围。但是，这种电动机在低速时的机械特性太软，其运行稳定性往往不能满足生产工艺的要求。图4-35高转差率笼型异步电动机调压调速时的机械特性曲线第4章三相异步电动机的特性与应用4.4.3变频调速1.变频调速原理当异步电动机的磁极对数p不变时，电动机的转速n与电源频率f1成正比，如果能连续地改变电源的频率，就可以连续平滑地调节异步电动机的转速，这就是变频调速的基本原理。通过前面的分析知道，笼

17、型异步电动机进行变极调速(多速异步电动机)时，调速级数很少，不能平滑调速，且异步电动机定子绕组还需增加中间抽头。用改变电源电压调速，则调速特性较差，且低速时损耗也较大，很不理想。由于变频调速具有调速范围宽、平滑性好、机械特性较硬等优点，有很好的调速性能，是异步电动机最理想的调速方法。第4章三相异步电动机的特性与应用2.变频调速的控制方式先分析电动机变频调速时电源电压与频率的变化规律。U1E1=444K1N1f1m(1)恒转矩变频调速：在变频调速过程中，电动机的输出转矩保持不变。TN=C/f(4 10)(2)恒功率变频调速：在变频调速过程中，电动机的输出功率保持不变。P2=n/9550=60/p

18、(1s)=Cf1=C(4 11)3.变频调速时电动机的机械特性以电动机的额定频率f1N为基准频率，变频调速时电压随频率的调节规律以基准频率为分界线，可分为以下两种情况。第4章三相异步电动机的特性与应用(1)在基准频率以下恒磁通变频调速：保持U1/f1为常数进行调节即为恒转矩调速方式。图4 36中虚线所示的机械特性曲线。(2)在基准频率以上弱磁变频调速：其机械特性曲线如图4-37所示。图4-36基准频率以下调速时电动机的机械特性曲线图4-37基准频率以上调速时电动机的机械特性曲线第4章三相异步电动机的特性与应用4.变频装置简介由上面分析可知，实现异步电动机的变频调速，关键是要有一套能同时改变电源电压及频率的供电装置，通称变频装置或变频器。